DE2757934A1

DE2757934A1 - Heizkesselanlage mit waermespeicher

Info

Publication number: DE2757934A1
Application number: DE19772757934
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing Grad Brockerhoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2757934C3; DE2757934B2

Description

Heizkesselanlage mit Wärmespeicher

Die Erfindung betrifft eine Heizkesselanlage mit einem mit Kesselwasser gefüllten Wärmespeicher und einem Drucklosgefäß zur Aufnahme von Ausdehnungswasser.

Bekannte derartige, mit elektrischem Strom betriebene Heizkesselanlagen, die im weiteren mit Speicherheizung bezeichnet werden, zählen hinsichtlich der technischen Sicherheitsbestimmungen zu den "offenen" Anlagen (DIN 4751 Blatt 1). Das Drucklosgefäß, dessen Wasser mit der Umgebungsluft in Berührung steht, sitzt an der höchsten Stelle der Heizung in Dachnähe. Es wurden Vorschläge bekannt, die sich mit dem Problem der Lufteinwirkung auf das Wasser und mit dem Problem der Unterbringung des bei Speicherheizungen unvergleichlich großen Ausdehnungsgefäße befassen. So z.B. wurde nach AS 1811538 das drucklose Ausdehnungsgefäß in den Heizkeller heruntergeholt und die Einwirkung der Umgebungsluft auf das Wasser umständlich mit Hilfe von Druckhaltepumpe, Überlaufgefäß und Luftblase auf ein Minimum beschränkt.

Es ist auch bekannt, Speicherheizungen vorteilhaft als "geschlossene" Anlagen (DIN 4751 Blatt 2) auszubilden. Die Vorteile werden wegen der hohen Betriebsdrücke, die zeitweise 2,5 bar und mehr betragen, teuer erkauft, obgleich die Speichertemperaturen nicht höher als 100° sind. Aufwendig und sperrig sind nämlich die besonders druckfesten Speicherbehälter und die das Ausdehnungswasser aufnehmenden großen Membrandruckgefäße, sogar Batterien davon.

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Die Erfindung bezweckt, eine Heizkesselanlage der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die "geschlossen" ist und praktisch nicht teurer als eine entsprechende "offene" Anlage ist.

Gemäß der Erfindung ist ein unter einer auf dem Wasser druckfrei aufliegenden Folie luftfreies und mit einer Uberfüllsicherungsvorrichtung versehenes Drucklosgefäß an dem Kessel angeschlossen und mit einem spätestens durch Ansprechen des Sicherheitstemperaturfühlers einen Schließimpuls erhaltenden Absperrorgan davon trennbar. An dem mit einem Sicherheitsventil versehenen Kessel ist ein zweites, nicht absperrbares Ausdehnungsgefäß, nämlich ein Membrandruckgefäß angeschlossen.

Speicherheizungen mit zwei getrennt angeordneten Ausdehnungsgefäßen sind bei geschlossenen Anlagen an sich bekannt (s.beigef. Firmendruckschrift) mit Ausbildung beider Ausdehnungsgefäße aus Membrandruckgefäße.

Bei Kesselanlagen mit einem höheren statischen Druck als 5 m WS, entsprechend ^ α=110° C, sollte der Ansprechdruck des Sicherheitsventils nur wenig über dem statischen Druck liegen. Die Erfindung, die nämlich davon ausgeht, den Speicherbehälter praktisch wie bei der offenen Anlage nur durch den statischen Druck zu belasten, bietet die Möglichkeit, die Gefahrteniperatur des im Notfall trotz des Sicherheitstemperaturbegrenzers durchgehenden Kessels verhältnismäßig wenig anwachsen zu lassen. Dies einmal wegen der Temperaturträgheit des Speichers und zum anderen durch Wahl eines verhältnismäßig kleinen Membrandruckgefäßes zur Erzielung eines raschen Druckanstieges bei abgesperrtem Drucklosgefäß. Es ist schadlos, die Zeit zwischen dem Schließen des besagten Absperrorgans und dem Beginn des Abblasens des Sicherheitsventils kurz zu bemessen. Nur die Selektivität ist sicherzustellen. Das Membrandruckgefäß ist hier nur Hilfsbestandteil der Sicherheitsausrüstung des Kessels. Bei Kesselanlagen mit weniger als 5 m WS statischem Druck gilt im Grunde dasselbe, jedoch mit Begrenzungstemperaturen von nur 105° oder 100°.

Ausführungsforra und Anordnung des Absperrorgans richten sich im wesentlichen nach der Anordnung des Drucklosgefäßes. Sitzt dieses

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an der höchsten Stelle des Verbrauchernetzes, so hat das Absperrorgan seinen Platz in dem Verbindungsrohr, sperrt also nicht gleichzeitig den Speicher vom Kessel. Da das Verbindungsrohr . selbst bei größeren Anlagen einen relativ kleinen Durchmesser hat, wird das Absperrorgan zweckmäßig als Magnetventil ausgebildet. Zweckmäßig besorgt dabei ein Rückschlagventil den ungehinderten Rückfluß von Ausdehnungswasser für den Fall, daß das Magnetventil in besagtem Notfall für längere Zeit geschlossen bleibt. Es ist also unbedenklich, die elektrische Steuerung des Magnetventils so einzurichten, daß es sich nur mit einem Werkzeug wieder öffnen läßt.

Die Tendenz zu einem Speicherbehälter niedriger Druckauflastung auch bei statischen Drücken von mehr als etwa 10 m WS oder sogar die Tendenz zu einem völlig drucklos zu betreibendem Wassertank trotz Vorhandenseins hoher statischer Drücke des Verbrauchernetzes führt zu einer alternativen Ausführungsform, bei der die Gesamtanlage, wie an sich bekannt (OS 2038665), in einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil· gegliedert ist. Bei der Erfindung ist jedoch der Kessel in den Hochdruckteil eingegliedert. Die beiden Teile sind mit Druckhebepumpe und Drossel funktionsmäßi^verbunden. Die Pumpe mit zugehöriger Rückschlagklappe und eine fest eingestellte Drossel mit zugehörigem Motorventil bilden hier zugleich das Absperrorgan des Drucklosgefäßes, so daß der Speicher mit abgesperrt ist, wenn der Kessel im Notfall durchgeht. In weiterer Detailzweckmäßigkeit ist dabei die Zwischenordnung eines zum Hochdruckteil gehörenden Staubehälters vorgesehen, der mit tangentialen Anschlüssen gute Durchmischverhältnisse aufweist.

Das Drucklosgefäß kann eine Wanne mit einem Rand befestigten Foliensack sein. Baulich einfacher und billiger ist in an sich bekannter Weise (OS 24-22915) eine Blase _aus Gummi oder dergleichen ähnlich einer Gummiwärmflasche. Überdies bestehen bei einer sorgfältig konfektionierten Blase keine Dichtungsprobleme.

Für den Niedrigdnrckspeicher oder sogar Drucklosspeicher ist, weil raumsparend und leicht zu isolieren, bekanntlich die Quaderform, wie man sie bei ortsgeschweißten Kellertanks der Heizöllagertechnik kennt, vorteilhaft. Ortsschweißungen zumal

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an schwer zugängigen Stellen sind jedoch unzweckmäßig. Die Erfindung sieht daher vorzugsweise Batteriebehälter in Quaderform und von Hand transportierbar vor. Liegend oder stehend aufeinandergelegt, sollten sie nach einem praktischen Rastermaß eine vielfältige Anpassung gegebene Kellergeschoßhöhen ermöglichen und im Bedarfsfall durch lückenloses Anfügen leicht ergänzbar sein.

In der im weiteren erläuterten Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen

Fig.1 eine Heizkesselanlage mit Speicher und an der höchsten Stelle angeordnetem Drucklosgefäß

Fig. 2 eine Heizkesselanlage ähnlich Fig. 1, jedoch mit niedriger angeordnetem Drucklosgefäß

Fig. 3 ein als frei aufliegende Blase ausgebildetes Drucklosgefäß

Fig. 4 einen als Batteriebehälter ausgebildeten quaderförmigen Speicher

Fig. 5 eine aus drei 3ehältern nach Fig. 4- bestehende Speicherbatterie

An einem Heizkessel 1 mit Sicherheitsventil 2 ist ein Membrandruckgefäß 3 angeschlossen. Kesselvorlauf und -rücklauf führen über einen Dreiwegemischer 4 und eine umwälzpumpe 5 zum Verbrauchernetz 6. An dem Kessel 1 ist hinsichtlich Verbraucherbelieferung in Gegenschaltung ein mit Kesselwasser gefüllter Speicher 7 angeschlossen und daran ein Drucklosgefäß 8, d_as zusammen mit dem Membrandruckgefäß 3 das Ausdehnungssystem bildet. 9 ist die Ladepumpe des Speichers .

Zum Betrieb der Anlage entnimmt der thermostatgesteuerte Mischer 4- bei durch nicht gezeichnete Organe zeitweise abgesperrtem Kessel die jeweilige Wärmemenge dem Speicher 7, wobei das Rücklaufwasser durch die stillstehende Pumpe 9 hindurch in den Speicher fließt. Ein Temperaturfühler, der den Entladezustand anzeigt, besorgt die Einschaltung von Kessel 1 und Ladepumpe 9. Der Mischer bezieht jetzt seine Wärme vom Keseel, während der Überschuß in den Speicher wandert. Das steig aus dem ^eizwasserkreis austre-

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tende Ausdehnungswasser fließt in das Drucklosgefäß 8. Zu diesem wird vorerst nur bemerkt, daß es das Wasser ohne Druckauf lastung des Systems aufnimmt und mittels einer Folie gegen die Außenluft absperrt. Ein in der Verbindung des Drucklosgefäßes 8 als Notabsperrorgan angeordnetes Magnetventil 10 bleibt über den Ladeschluß hinaus offen.

Reagiert der Kessel 1 im Notfall nicht auf das Abschaltkommando des nicht gezeichneten Wahltemperaturfühlers, so steigt die Ladevorlauftemperatur langsam weiter bis auf 110° an. Der hierdurch ansprechende Sicherheitstemperaturbegrenzer 11 gibt einen Schliefiimpuls an das Magnetventil 10 zugleich mit dem Abschaltimpuls an den Kessel. Reagiert der Kessel auch darauf nicht, so weicht das sich weiter bildende Ausdehnungswasser in das Membrandruc^- gefäß 3 hinein aus, um dessen Druck von dem auf den statischen Druck eingestellten "Vordruck" aus ansteigen zu lassen. Das Gefäß ist klein und die pro Grad Temperatursteigerung anfallende Ausdehnungswassermenge groß. Folglich wächst der Systemdruck rasch um einige Meter WS an, beispielsweise von 7 m auf 9 m. Das auf diesen Druck eingestellte Sicherheitsventil 2 spricht an und besorgt einen stationären Zustand wenige Grade oberhalb 110°.

Ein weiters Mittel, bei dem verhältnismäßig niedrigen Systemdruck die Dampfbildung im Kessel zu verhindern, ist die Anordnung der Ladepumpe 9 im Rücklauf und zugleich die Anbringung einer drosselnden Rohrverengung 9' im Kesselvorlauf. Das Sicherheitsventil kann dann statt auf 9 m auf beispielsweise 11 m eingestellt sein, der Speicher aber nur eine Notauflastung von 9 m erhalten.

Nach Wiederingangsetzung der Anlage mit dem für den Sicherheitstemperaturbegrenzer obligatorischen Werkzeug wird das !Stromlos geschlossene Magnetventil 10 wieder geöffnet. Der Wasserbedarf der Ablage während der Abkühlzeit, wurde aus dem Drucklosgefäß mittels Rückschlagventil 12 gedec/t, das das Ventil 10 überbrückt.

Bei der Anordnung nach Fig. 2, bei der angenommen ist, daß der statische Druck des Verbrauchernetzes 6 etwa 20 m WS beträgt,

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ist der Drucklosbehälter 8 in niedrigerer Höhe angeordnet, sodaß der Speicher wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 eine Auflastung von nur 10 m WS erhält. Kessel und Verbrauchernetz bilden den Hochdruckteil der Anlage und Speicher und Drucklosgefäß den Niederdruckteil. Da solche Anlagen in der Regel Großanlagen sind, l*es£Lohnt sich ein besondrer Aufwand zur Funktionsverbindung der beiden Teile 1 und 6 bezw. 7 und 8, wie im weiteren beschrieben:

Das vom Sicherheitstemperaturfühler 11 den Schließimpuls erhaltende Absperrorgan 13 trennt im Notfall auch den Speicher vom Kessel. Es ist zugleich die Sperre gege^n den Differenzdruck 20 - 10 = 10 m WS. Es besteht aus zwei Teilen, nämlich einer Rückschlagklappe 13a und einem Motorventil 13b. In Strömungsrichtung vor der Rückschlagklappe sitzt eine -^ruckhebepumpe 14 und vor dem Motorventil eine Drossel I5. Sie ist auf eine konstante Fördermenge der Pumpe fest eingestellt. Die Pumpe ist bei dieser geläufigen Förderhöhe eine schneilaufende Heizungspumpe. Im oberen Rohrstrang folgt eine zum Kesselrücklauf abzweigende Weiche 16 und daran anschließend ein Staubehälter I7. Weitere drei Anschlüsse des Behälters 17 führen zur Drossel I5» zum Mischer 4 und zu einem Treffpunkt von Kesselvorlauf und Verbraucherrücklauf.

Der Mischer 4 entnimmt den jeweiligen Wärmebedarf der Staukammer 17· lot sie kalt, öffnet der Mischer ganz und schaltet mit seinem Endschalter die Pumpe 14 ein. Sodann öffnet das Motorventil 13b. Geradeaus über die Weiche 16 wird Speichervorlaufwasser in den Staubehälter eingeführt und der Vorgang nach Maßgabe eines Zeitrelais oder durch Kontaktgabe vom Mischer 4 aus beendet. Dies wiederholt sich taktweise. Die Pumpe 14 wird also wie der Bren>* ner eines ölkessels mit bedarfsabhängigen Pausen intermittierend betrieben. Im Staubehälter besteht wegen der tangentialen Anschlüsse eine durch einen Pfeil angedeutete Kreisbewegung, die eine rasche Durchmischung bewirkt und im Zentrum eine höhere Temperatur entstehen.läßt als an der Peripherie. Nach Entladung des Speichers schaltet die Weiche 16 um. Jetzt wird der Kessel vom Speicherwasser durchströmt und der Staubehälter 17 vom Kessel beliefert. Die Restwärme wandert in den Speicher. Bei Erreichen der maximalen Ladetemperatur schaltet der Kessel ab und setzt die während der L#dephase xiauejcTid laufende Pumpe still.

Sie läuft periodenweise wieder an, sobald der Mischer 4- Wärmebedarf des Staubehälters anzeigt.

Das gesamte Ausdehnungswasser wird auch hier vom Drucklosgefäß 8 aufgenommen. Das Membrandruckgefäß 3 ist für den beschriebenen Notfall vorhanden. Hier bestehen aber keine Druckprobleme. Das Sicherheitsventil 2 kann auf 2,5 bar oder mehr eingestellt sein. Bei etwa im Sommer oder bei einem Büro- oder Geschäftshaus übers Wochenende stillstehender Anlage wirkt das Membrandruckgefäß 3 zusätzlich als Druckpuffer, indem es über einen Druckschalter die Pumpe 14- bei geschlossen bleibendem Ventil 13b immer dann kurz anlaufen läßt, wenn die durch sein Polster erhöhte statische Druckauflastung zu stark nachgelassen hat. Die Pumpe liefert nämlich bei Q=O einen höheren als den durch die Drossel vorgegebenen Betriebsdruck, der praktisch gleich dem statischen Druck des Verbrauchernetzes ist.

Das Drucklosgefäß ist nach Fig. 3 eine Blase 18 aus Gummi oder Kunststoffolie. Diese liegt auf einer ebenen Unterlage 19 frei verformbar auf und besitzt oben einen Winkelanschluß 20 für Aufnahme und Hergabe von Ausdehnungswasser. Ein selbsttätiges Ent- und Belüftungsventil 21 besorgt, daß die Blase stets luftfrei ist aber auch nicht unter Unterdruck steht. Die obere Folie 22 liegt daher steS auf dem Wasser auf. Die Unterlage 19 ist an einer Decke 23 aufgehängt. Das im Mauerwerk 24- verlegt⁸Verbindungsrohr 25 führt zum Speicher 7· Der flexible Übergang zwischen den Rohr 25 und dem Winkel 20 ist ein Schlauch 26. Die Blase ist nach außen durch eine Kapselung 27 geschützt.

Zu dem Rohr 25 wird noch bemerkt, daß es auf dem Wege bis zum Speicher in geeigneter Weise gekühlt ist, um die Höchsttemperatur des eintretenden Wassers auf etwa 50° zu begrenzen. Ferner ist die Frostgefahr insoweit ausgeschlossen, als es zweckmäßig ist, die Blase an der Decke eines beheizten oberen Raumes anzuordnen etwa in der Diele oder im Treppenhaus. Sie hat eine niedrige Bauhöhe und eine verhältnismäßig große Grundfläche. Beides sind günstige Voraussetzungen für die Architektonik.

Eine Uberfüllsicherungsvorrichtung 28 besteht aus einer Schalterkombination 29 und einem schwenkbar gelagerten Tasthebel 30.

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Bei einer vorbestimmten Maximalhöhe des Tasthebels öffnet einer der Schalter 29 ein im Heizkeller befindliches Magnetventil solange, bis der Schalter zurückschaltet. Entsprechend besorgt ein Minimumsehalter nach Maßgabe der Tasthebelstellung ein Signal zum Nachfüllen von Wasser. Ein an den Tasthebel angeschlossenes Potentiometer ermöglicht die skalare Fernanzeige des Momentan zustandes. Die Vorrichtung 28 ist damit vergleichbar mit dem Manometer eines Membrandruckgefäßes mit Vordruckmarke für das Minimum und Wasserablassmarkierung bei 2,5 bar.

Ein durch Kellertüren hindurch von Hand transportierbarer, quaderförmiger Speicherbehälter 31 nach Fig. 4- mit einem Volumen von 1000 Liter ist mit folgenden Maßen geeignet, für übliche Kellerhöhen K eine vielfältige Kombination als Speicherbatterie zu ermöglichen und sich an die verschiedenartigsfen örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Sr kann in Rückenlage, in der gezeichejiten Seitenlage und aufrechtstehend montiert werden. Die Maße stehen mit a = 0,60 ; b = 1,10 ; c = '1,50 m untereinander in einem nicht ganzzahligen Verhältnis. Danit sind außer den drei genannten Höhen a, b und c folgende Batteriehöhen möglich: 1»20; 1,70; 1,80-} 2,10; 2,20 usw. Meter. Der Behälter ist mit den genannten Maßen klein genug, bei mäßigen Blechdicken und Innenaussteifungen für einen Druck von 10 m WS ausgelegt'zu werden, ohne daß er für den Handtransport zu schwer ist. Die Wanddurchbrüche für die Rohranschlüsse sind in Fig. 4 deshalb nicht eingezeichnet, weil sie individuell baustellenseitig hergestellt werden sollten.und zwar in Anpassung an nachstehend genannte, vorgefertigte Spangenrohre 33·

Ein Beispiel für eine Batteriehöhe von 1,80 m zeigt Fig. 5 für eine vollständige Speicherbatterie 32 von 3000 Liter Inhalt. Dabei liegen die Anschlüsse der Batteriebehälter 31 diagonal. Die schon erwähnten Spangenrohre 33 schalten die Elemente in Reihe. An dem oberen, zum Kessel führenden Anschluß 34 zweigt ein verhältnismäßig dünnes Kupferrohr 35 zu dem Drucklosgefäß 8 in Fig. 1 oder 2 ab bezw. ist es identisch mit dem Rohr 25 in Fig. 3. Das Rohr 35 ist zwecks Kühlwirkung als Haarnadelschleife zuerst nach unten geführt und dann teilweise mit angedeuteten Kühllamellen versehen. 36 ist die Isolierung, die für den Speicher 32 ·4±β·

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die in dem Falle 2,ΊΟ m betragende Kellergeschoßhöhe spack ausfüllt. Bei einer Batterie mit 1,70 m Nettohöhe würde der unterste Behälter 31 rücklings die beiden anderen Behälter 31 nebeneinander in Seitenlag⁶tragen. Die niedrigere Bauhöhe wird durch fünf Zentimeter Überstand der oberen beiden Behälter gegenüber dem tragenden unteren Behälter ausgeglichen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Heizkesselanlage mit einem mit Kesselwasser gefüllten Wärme- ^-- speicher und einem Drucklosgefäß zur Aufnahme von Ausdehnungswasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter einer auf dem V/asser druckfrei aufliegenden Folie (22) luftfreies und mit einer Uberfüllsicherungsvorrichtung (28) versehenes Drucklosgefäß (8, 18) an dem Kessel (1) angeschlossen und mit einem spätestens durch Ansprechen des Sicherheitstemperaturfühlers (11) einen Schließimpuls erhaltenden Absperrorgan (10,13) davon trennbar ist, und daß an dem mit einem Sicherheitsventil (2) versehenen Kessel ein nicht absperrbares Membrandruckgefäß (3) als zweites Ausdehnungsgefäß angeschlossen ist.

2. Heizkesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (2) einen Ansprechdruck aufweist, der im Minimum nur um einen Selektivwert höher ist als ein dampfdruckmäßig ausreichend hoher statischer Druck.

3. Heizkesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an höchster Stelle.der Heizung angeordnetem Drucklosgefäß (8,18) das Absperrorgan ein zu einem Rückschlagventil (12) parallel angeordnetes Magnetventil (10) ist.

4. Heizkesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kessel (1) und Verbrauchernetz (6) bestehender statischer Hochdruckteil und ein aus Speicher (7, 32) und Drucklosgefäß (3,18) bestehender Niederdruckteil mittels Druckhebepumpe (14) und Drossel (15) eine Funktionseinheit bilden und an die Druckhebepumpe ein Staubehälter (17) angeschlossen ist, der vorzugsweise tangentiale Anschlüsse besitzt.

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5 und ORfQiNAL INSPeCTED

5. Heizkesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucklosgefäß eine auf einer Unterlage (19) frei verformbare Blase (18) aus Gummi oder einer Kunststoffolie ist.

6. Heizkesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (31) sin quaderförmiger, in allen Koordinaten rastermäßig zu einer Batterie (32) vervielfachbarer, vorzugsweise mit einem nicht ganzzahligen Verhältnis der Seitenlängen versehener Behälter (31) ist.

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